摘要
在高濕度環境下，貼片薄膜電阻可能因“電化學腐蝕”導致電阻膜層損傷，進而引發失效。為提升電阻器的耐濕性能，制造商通常采用兩種方法：一是在電阻膜層表面制造保護膜以隔絕濕氣；二是采用本身不易發生電化學腐蝕的材料制備電阻膜層。

常規的穩態濕熱試驗難以準確評估貼片薄膜電阻的耐濕性能，因此一般依據“雙85測試”的結果進行判斷。在該測試中，電阻值變化較小的產品通常表現出更優異的耐濕性能，而變化較大的產品則相對較差。經過多方面對比，若需選用高耐濕性的貼片精密薄膜電阻，開步電子（睿思RESI）旗下的PTFR系列產品是一個具備競爭力的選擇。

01 薄膜電阻在高濕環境下的失效原理

貼片薄膜電阻在高濕環境下失效是因為水蒸氣進入電阻內部結構后，水汽與電阻膜層材料之間形成了“電化學腐蝕”中的”電解池“結構，從而導致電阻膜層發生改變。在此我們簡單介紹一下”電解池“的基本概念。

當直流電源的正極和負極均浸入電解質溶液或熔融電解質中時，與電源正極相連的導體（稱為陽極）會發生氧化反應，而與電源負極相連的導體（稱為陰極）則發生還原反應。其中，與正極連接的部分失電子能力越強，就越容易發生氧化反應。活潑金屬的失電子能力通常強于氫氧根離子，因此會優先被氧化，由固態金屬轉化為可溶于水的金屬離子，造成材料腐蝕。

下圖為常見的貼片薄膜電阻的內部結構示意圖。當濕氣金屬電阻內部后，其微觀結構如下圖所示：

當電阻體通電時，根據電流方向會形成圖示的“電解池”結構，當電流持續加載時，陽極部分的導體被持續轉化為金屬離子，導致導體材料產生缺損，使得流動的橫截面積減小，產生例如電阻器的電阻值增大、負載能力下降等影響，隨著電流的長時間加載，陽極的電阻膜層被持續腐蝕直到電阻膜層消失，電阻器斷路失效。

02提升薄膜電阻耐濕能力的方法

提升電阻器耐濕性能的方法可分為兩個方向：

1、將電阻膜層材料改換為不發生電化學腐蝕的材料

（ps：方阻指的是單位面積薄膜的電阻值）

a)當前主流薄膜電阻膜層材料及其特性如下表所示。在眾多材料中，氮化鉭（TaN）因其電阻率適中、化學性質穩定，并且可通過在氮氣環境中濺射鉭靶材進行制備，而被廣泛用于制造高耐濕性能的貼片薄膜電阻。

與以鎳鉻合金為電阻膜層的傳統薄膜電阻相比，氮化鉭薄膜從根本上杜絕了電化學腐蝕的風險，但也帶來了一些局限性，例如電阻值的覆蓋范圍變窄、溫度系數性能有所下降等。

值得注意的是，目前主流制造商生產的氮化鉭薄膜電阻，普遍采用99.6%純度的高純度氧化鋁陶瓷基板。筆者推測，其原因可能在于高純度氧化鋁基板表面平整度更佳，不易積聚水汽和污染物，從而有助于提升電阻器在潮濕環境中的穩定性。

2.是通過添加保護層，將電阻膜層與外界濕氣有效隔離。

目前常用的保護涂層主要包括以下兩種：

a)氧化物膜：在電阻膜層沉積完成后，通常需通過熱處理來提高其穩定性。若將電阻置于弱氧化氣氛中進行該處理，能在電阻最外層形成一層致密且化學性質穩定的金屬氧化物薄膜，從而提升產品的耐濕性能。然而，氧化物層的厚度不同會對電阻性能產生不同且不可逆的影響，因此這一工藝對制造廠商的技術水平提出了較高要求。

b)無機保護膜：采用PCVD（化學氣相沉積）等方法，在電阻膜層表面覆蓋一層致密的無機薄膜（以二氧化硅和氮化硅為主）。該薄膜能有效阻隔外界水汽與電阻膜層的接觸，在保留鎳鉻膜層優異穩定性的同時，顯著提升電阻器的抗濕能力。

03電阻器耐濕性能的評估標準

下表是用于測試電阻器產品耐濕性能的常見方式。值得注意的是，為確保準確評估其耐濕性能，應使電阻器內部存留一定的水汽。若電阻器在滿功率負載下運行，其內部溫度過高，表面及周圍難有水汽殘留，缺乏發生“電化學腐蝕”的必要條件，因此“穩態濕熱”測試往往難以準確反映其耐濕性能。

相比之下，“雙85測試”和“耐濕性測試”均在高溫高濕環境中進行，且加載較低功率或不加載功率，確保了電阻周圍存在一定水汽，從而能夠更真實地評估耐濕性能。為此，對可靠性要求極高的標準——如“AEC-Q200”和“MIL-PRF-55342”——均將這兩項測試作為評估電阻器耐濕性能的重要依據。

在同一測試標準下，通常通過比較電阻器在試驗前后的阻值變化率來評判其耐濕性能的優劣：電阻值變化率越小，表明耐濕性能越強；變化率越大，則耐濕性能越弱。

04各貼片薄膜電阻實際耐濕性能對比

這里我們對不同廠家的貼片薄膜電阻的耐濕性能進行對比，下表中數據均摘自各產品的規格書：

下圖為開步電子的PTFR系列產品在“雙85測試”中的長時間性能表現情況，從圖中可以看到發現PTFR系列產品在該測試條件下測試10000h后，電阻值的變化范圍仍舊在±0.1%以內，結合此前對比的各薄膜電阻在”雙85測試“中的測試結果，我們可以判斷開步電子旗下的PTFR系列產品的耐濕性能極佳，在高濕度的條件下的長期使用性能表現極其穩定，因此，當需要選擇一款高耐濕性能的貼片精密電阻或產品使用環境有高濕度風險時，開步電子的PTFR系列是一個極其可靠的選擇。

審核編輯 黃宇